[음의 질량과 양의 질량의 쌍생성시 질량차의 존재]
에너지보존과 운동량 보존을 만족시키는 진공상태에서 미시적으로, 양의질량과 음의 질량이 동시에 쌍생성, 쌍소멸하는 과정을 반복할 경우, 에너지와 운동량 보존이 성립하려면, 위치에너지의 존재와 운동량 보존 등의 문제로 양의질량과 음의 질량이 쌍생성시 두 질량의 크기가 서로 갖지 않을 수도 있습니다.
진공에서 (-m_-c^2) 과 (+M_+c^2)가 순간적으로 생겼다 소멸하는걸 반복하는 상태에서(불확정성 원리에 의해서 매우 짧은 시간 동안 에너지보존이 깨지는 게 가능하기에, 그와 같은 에너지에 의해서도 탄생할 수도 있습니다) 운동량 보존, 에너지 보존문제로 인하여 플러스 질량 M과 마이너스 질량 m사이에 질량차가 존재하게 되면, 두 질량이 쌍생성 했다. 쌍소멸하는 경우 전체적으로 에너지 보존이 성립하지만, 쌍생성 후 쌍소멸이 일어나기 전까지의 아주 짧은 시간 동안 (–m), (+M)에 의한 중력이 우리우주의 다른 물체들에 작용할 수도 있을것 같습니다.
아래는,
진공중에서 음의 질량과 양의 질량의 쌍생성이 일어날 경우, 에너지보존과 운동량 보존에 따라 두 질량에 질량차가 존재할 수 있다는 것을 역학적으로 계산해 보았습니다.
- 음의 질량과 양의 질량의 쌍생성시 질량차의 존재 -
음의 질량과 양의질량의 쌍생성, 쌍소멸시 에너지 보존이 성립한다고 생각해보면,
E_t= T + U + m_0c^2로부터
(63)식에서 (61)식의 결과인 V > v 를 고려하면, 분자가 분모보다 크므로, 따라서
m_ - > M_ + (64)
라는 결과를 얻게 됩니다.
(64)식은 에너지보존과 운동량 보존이 성립하는 계에서, 초기에너지 및 운동량이 0일 때, 음의 질량과 양의 질량이 쌍생성 하는 경우, 음의 질량과 양의 질량의 질량차가 존재함을 말해주고 있습니다.
이러한, 음의 질량과 양의 질량의 쌍생성시 질량차의 존재는
우주 초기에 음의 질량과 양의 질량이 같이 탄생하였다면, 현재 우주에 이들 중 서로 상쇄되지 않고 남아있는 음의 질량이 존재할 수 있으며, 양의 질량의 크기보다 더 큰 음의질량(마이너스 질량)이 존재할 수 있음을 말해줍니다.
따라서, 만일 음의 질량이 암흑물질(dark matter)이라면, 현재 암흑물질의 총량이 물질의 총량에 비해 더 큰 것에 대한 설명을 제공합니다.
음의 질량의 존재는 암흑물질, 암흑에너지의 존재에 대해서도 정성적이며, 정량적인 설명을 제공하지만, 우리가 우주에 대해서 본질적으로 가지고 있었던 우주 초기 상태에 대해 모든 것의 근원인 에너지 값이 0값을 가능케 하고, 이는 매우 중요한 의미를 갖습니다.
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다음 포스팅에서는, 앞서 설명한 음의질량의 기본적인 특성으로부터 암흑물질과 암흑에너지에 대한 설명과 증명을 하도록 하겠습니다.
암흑에너지(다크 에너지)는 우주를 팽창시키는 척력적인 효과를 발생시키고, 암흑물질(다크 메터)은 은하내의 물질을 붙잡아주는 추가적인 구심력, 즉 인력적인 효과를 발생시키는데, 이러한 척력적이고 인력적인 효과가 음의질량을 통하여 동시에 설명됨을 보이도록 하겠습니다. 또한 음의질량(negative mass)이 물리학자와 천문학자들에게 관측되어왔고, 관측되고 있음에 대해서 설명토록 하겠습니다.
우주초기에 음의질량과 양의질량의 쌍생성이 있었다면 서로 이질적으로 보이는 아래의 현상이 모두 해결됨을 보이도록 하겠습니다. 아울러, 궁극의 문제인 [왜 현재의 질량밀도가 임계밀도 근처인가?] 하는 질량밀도의 파인튜닝문제에 대해서 증명토록 하겠습니다.
1) 암흑에너지(척력적인 효과) 와 암흑물질(인력적인 효과)
2) 우주의 전반부의 감속팽창 과 후반부의 가속팽창
3) 우주초기 인플레이션시의 매우 큰 암흑에너지값 과 현재의 매우 작은 암흑에너지값
4) 암흑물질이 일반물질과 중력적인 상호작용을 하면서도, 암흑물질간의 중력적인 상호작용의 결과물(은하, 은하단)이 보이지 않는 이유
위와 같은 상반된 현상이 동시에 설명됨과 아울러, 맨처음의 포스팅에서 증명했듯이 현재의 암흑에너지값(10^(-47)GeV^4)을 거의 정확하게 증명하고 있음을 상기하시기 바랍니다.
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